液压操纵式离合器线控系统设计--本科毕设论文.doc

摘 要随着汽车电子技术、自动控制技术的逐步成熟和汽车网络通信技术的广泛应用，汽车线控技术也逐步得到青睐和深入研究是汽车未来的发展趋势。汽车线控技术就是将驾驶员的操纵动作经过传感器变成电信号，通过电缆直接传输到执行机构的一种系统。汽车离合器操纵形式有液压和拉线式两种，轿车多用液压操纵式，由总泵、分泵、软管、踏板等组成。本设计通过研究汽车液压操纵式离合器的组成、结构与设计；分析离合器接合过程和计算离合器的操纵力变化规律建立离合器的力学模型，选择驱动装置，设计传动机构，布置形式和控制系统。本文研究了以单片机为核心的液压操纵式离合器线控系统的开发思路和设计方法。其中选择了线控系统的硬件并设计了线控部分压力控制单元的软件系统。软件核心是单片机，用脉宽调制（PWM）方法控制占空比对高速开关阀进行控制，实现离合器工作缸位置精确控制，软件采用PID控制算法。所设计的液压操纵式离合器线控操纵系统可与原系统的功能进行切换工作。关键词：液压操纵式离合器；线控技术；脉宽调制；高速开关阀；PID算法ABSTRACTAlong with the gradual maturity of automobile electronics and automatic control technicals and the automobile network correspondence technicals extensively applied, automobile control by-wire has also gradually received favor and it will set a trend in research of the automobile in the future.The automobile control by-wire technique is the system that the drivers operate working converted electrical signals by sensors and then directly transmitting the executing mrvhsnidm. The operate form of the automobile cluth contains hydraulic type and mechanicaltype and the passenger cars mostly use the hydraulic operate type .It includes master cylinder,slave cylinder, hose, footpedal etc. This design selects the drive device and designs gear, arrangement and control system through studying the composition of the automobile hydraulic cluth, structure and design; building the model of the cluth by analysing the starting process and calculating variation law of the operate force .This is the core of Microcontrollers hydraulic cluth development train of thought and design method,and the choice of hardware and the design of control by-wire was controller software.The core of the software is Microcontroller which high-speed on-off valves are used and controlled with pulse width modulation (PWM) in this system to control the position of the slave cylinder accurately, and the PID control algorithm designs the control program.It can be switched between the hydraulic cluth control by-wire system and the original system.Key words：Hydraulic Cluth;Control By-wire;PWM; High-speed On-off Valves;PID Control AlgorithmII黑龙江工程学院本科生毕业设计第1章 绪 论11 选题的目的、意义随着汽车电子技术、自动控制技术的逐步成熟和汽车网络通信技术的广泛应用，汽车线控技术也逐步得到青睐和深入研究是汽车未来的发展趋势。汽车线控技术就是将驾驶员的操纵动作经过传感器变成电信号，通过电缆直接传输到执行机构的一种系统。目前包括线控换档系统、线控制动系统、线控悬架系统、线控增压系统、线控油门系统及线控转向系统。其中线控转向系统在高级轿车、跑车及概念车上有广泛的应用，它为自动驾驶提供了良好的平台。汽车离合器操纵形式有液压和拉线式两种，轿车多用液压操纵式，由总泵、分泵、软管、踏板等组成。它具有噪声小、省力、平稳、布置方便的优点，缺点：漏油；需要维护。特点：摩擦阻力小、重量轻、布置方便、不受车身变形影响。当驾车者踩下离合器踏板时，推杆推动总泵活塞使油压增高，通过软管进入分泵，迫使分泵拉杆推动分离叉，将分离轴承推向前；当驾车者松开离合器踏板时，液压解除，分离叉在回位弹簧作用下逐渐退回原位，离合器又处在接合状态。本设计针对液压操纵式离合器设计线控操纵系统，可与原系统的功能进行切换工作。12 线控技术的国内外发展现状 线控技术（X-by-Wire）源于飞机控制系统，飞机的新型飞行控制系统是一种线控系统（Fly-by-Wire），它将飞机驾驶员的操纵命令转换成电信号，利用计算机控制飞机飞行。随着汽车电子技术、自动控制技术的逐步成熟和汽车网络通信技术的广泛应用，汽车线控技术也逐步得到青睐和深入研究是汽车未来的发展趋势。汽车线控技术就是将驾驶员的操纵动作经过传感器变成电信号，通过电缆直接传输到执行机构的一种系统。如图1.1所示。人 机接 口电信号模拟或数字信号有线或无线的信号执行机构传感装置功 能装 置图1.1 线控过程目前包括线控换档系统、线控制动系统、线控悬架系统、线控增压系统、线控油门系统及线控转向系统。其中线控转向系统在高级轿车、跑车及概念车上有广泛的应用，它为自动驾驶提供了良好的平台。（1）线控技术的优点a.省力，人们可以不用直接操作机械力。b.由于操纵控制通过驾驶员的手完成，不需要转向盘、转向柱和脚踏板，这样就减少了正面碰撞时的潜在危险性，改善了汽车的安全性和舒适性，并为汽车设计提供了更大的设计空间。c.便于实现个性化设计，由于驾驶特性如制动、转向、加速等过程都是程序设定的，设计师可设计不同的程序供用户选择。d.质量轻，性能高（响应快）。线控系统取消了许多机械连接装置、液压装置和气压装置，简化了结构和生产工艺，便于实现汽车轻量化。e.维护用品可大大减小，减少维护费用。取消机械和液压连接可减少车身质量并简化维护工作，可能磨损的部件更少了，如使用线控制动无需制动液，使汽车更为环保，减少维护。f.可以将汽车的车内娱乐装置也集成到网络之中，使得汽车导航和自动驾驶成为可能，整个汽车就是一个完整的电路整体。g.安装测试简单快捷，更稳固的电子接口（模块结构），隔板间无机械连接，简单布置就能增加电子控制功能。（2）线控技术的缺点电子设备还相当的不可靠电磁干扰、器件失效、软件程序的设计、网络攻击等等。一旦电路失效而没有机械冗余就会导致灾难性的后果转向失灵、油门难以控制和不能制动。所以线控技术研究的重点应该是系统的可靠性和安全性。目前所有大型汽车制造商都在开发线控系统雏形及其产品。美国TRW公司开发的线控驾驶系统使得燃油经济性上升5；DELPHI汽车在电子转向系统中也作了类似改进；BOSCH、VALEO公司和其他一些设备制造商已开发或正在开发线控技术和产品；HONDA在新一代雅阁V6轿车上采用线控油门技术。德国大众也有线控的概念车。美国通用公司在2003年研制的HY-WIRE概念车和2005年研制的Sequel概念车上都采用了线控转向和线控制动技术。线控技术得以逐渐在汽车上普遍应用的技术背景是：微电子器件的成本降低、可靠性提高，如单片机，DSP等；电力电子装置的功能增强、成本降低，可靠性提高，如执行步进电机，伺服电机，传感器等等。随着汽车电子化的不断深入，线控技术将在汽车上得到普遍应用，笨重、精确度低的机械系统将被精确、敏感的电子传感器和执行元件所代替，汽车传统的操纵机构、操纵方式、执行机构也将会发生根本性的变革。当线控这一目标实现时，汽车将是一种完全的高新技术产品，发动机、变速器、传动轴、驱动桥、转向机全都不见了，汽车可以说是一台装在轮子上的计算机。13离合器线控技术的发展在采用离合器的传动系统中，早期离合器的结果形式是锥形摩擦离合器。锥形摩擦离合器传递扭矩的能力，比相同直径的其他结构形式的摩擦离合器要大。但是，其最大的缺点是从动部分的转动惯量太大，引起变速器换挡困难。而且这种离合器在接合时也不够柔和，容易卡住。此后，在油中工作的所谓湿式的多片离合器逐渐取代了锥形摩擦离合器。但是多片湿式摩擦离合器的片与片之间容易被油粘住（尤其是在冷天油液变浓时更容易发生），导致分离不彻底，造成换挡困难。所以它又被干式所取代。多片干式摩擦离合器的主要优点是由于接触面数多，故接合平顺柔和，保证了汽车的平稳起步。但因片数较多，从动部分的转动惯量较大，还是感到换挡不够容易。另外，中间压盘的通风散热不良，易引起过热，加快了摩擦片的磨损甚至烧伤和破裂。如果调整不当还可能引起离合器分离不彻底。多年的实践经验使人们逐渐趋向于采用单片干式摩擦离合器。它具有从动部分转动惯量小，散热性好，结构简单，调整方便，尺寸紧凑，分离彻底等优点。而且只要在结构上采取一定措施，也能使其接合平顺。因此，它得到了极为广泛的应用。如今，单片干式摩擦离合器在结构设计方面也相当完善：采用具有轴向弹性的从动盘，提高了离合器的接合平顺性；离合器中装有扭转减振器，防止了传动系统的共振，减少了噪音；以及采用了摩擦较小的分离杆机构等。另外，采用了膜片弹簧作为压簧，可同时兼起到分离杠杆的作用，使离合器结构大为简化，并显著地缩短了离合器的轴向尺寸。膜片弹簧和压盘的环行接触，可保证压盘上的压力均匀。由于膜片弹簧本身的特性，当摩擦片磨损时，弹簧的压力几乎没有改变，且可减轻分离离合器时所需要的踏板力。为了提高离合器的传扭能力，在重型汽车上多采用多片干式离合器。次外，近年来由于多片湿式离合器在技术上的不段改善，在国外的某些重型牵引汽车和自卸车上又开始采用多片湿式离合器，并有不断增加的倾向。与干式离合器相比，由于用油泵进行强制制冷的结果，摩擦表面的温度较低（不超过 93）。因此，允许起步时长时间地打滑或用高档起步而不致烧损摩擦片，具有良好的起步能力。据说这种离合器的使用寿命可达干式离合器的五、六倍。为了实现离合器的自动操纵，有自动离合器。采用自动离合器时可以省去离合器踏板，实现汽车的“双踏板”操纵。与其他自动传动系统（如液力传动）相比，它具有结构简单，成本低廉及传动效率高的优点。因此，在欧洲小排量汽车上曾得到广泛的应用。但是在现有自动离合器的各种结构中，离合器的摩擦力矩的力矩调节特性还不够理想，使用性能不尽完善。例如，汽车以高档低速上坡时，离合器往往容易打滑。因此必须提前换如低档以防止摩擦片的早期磨损以至烧坏。这些都需要进一步改善。随着汽车运输的发展，离合器还要在原有的基础上不断改进和提高，以适应新的使用条件。从国外的发展动向来看，近年来汽车的性能在向高速发展，发动机的功率和转速不断提高，载重汽车趋向大型化，国内也有类似的情况。此外，对离合器的使用要求也越来越高。所以，增加离合器的传扭能力，提高其使用寿命，简化操作，已经成为目前离合器的发展趋势。第2章 液压操纵式离合器线控系统总体设计21 离合器特性分析211 膜片弹簧离合器结构与工作原理离合器是汽车传动系中的一个重要组成部件。它是一种既能传递动力，又能切断动力的传动机构，其基本功用有三：动力传递、动力切断以及过载保护。目前中小型车辆上应用的离合器均为单片干式膜片离合器，它具有从动部分转动惯量小，散热性好，结构简单，调整方便，尺寸紧凑，分离彻底等优点。其结构示意图如图2.1所示，其中膜片弹簧是一个用薄弹簧钢板制成的带有锥度的弹簧，由碟簧部分和分离指部分组成，其工作情况分为三种状态：自由状态、接合状态和分离状态，分别如图2.2所示。图2.1 膜片弹簧离合器结构示意图1)自由状态：当离合器盖总成尚未与发动机飞轮装合以前，膜片弹簧近似处于自由状态，不承载，无变形。2)接合状态：当离合器盖总成与飞轮装合时，离合器盖通过后支承环对膜片弹簧中部施加压紧力F，则膜片弹簧大端与压盘接触处作用着支承反力F，此时膜片弹簧被压紧到趋近于压平状态的预加压缩状态，从而将从动盘摩擦片压紧在飞轮与压盘之间，离合器处于接合位置。此时只有碟簧部分受载，分离指部分不受载。3)分离状态：作用于膜片弹簧小端加载半径r处的分离力F使膜片弹簧以中部支承环为支点，继续受到压缩。此时大端压紧力F逐渐减少直到消失，膜片弹簧呈反锥形的翻转状态。此时只有分离指部分受载，碟簧部分不受载。图2.2 离合器工作状态离合器接合过程中通过摩擦力矩实现动力传递，装有多级减振的离合器传动系统模型如图2.3所示。图2.3 多级减震离合器简化模型其动力学方程为： （2-1）式中：T：离合器传递的摩擦扭矩(Nm)T：离合器减振器传递扭矩(Nm)T：作用在离合器上的阻力矩(Nm)T：发动机输出扭矩(Nm)：发动机转速(rad/s)：离合器从动片角速度(rad/s)：变速箱输入轴角速度(rad/s)J： 发动机曲轴飞轮及离合器主动片的等效转动惯量(kg/m)J： 离合器从动片等效转动惯量(kg/m)J： 减振器、变速箱、差动器、轮胎、整车在变速箱输入轴轴的等效转动惯量(kg/m)发动机扭矩是周期变化的，这就使得传动系产生扭矩振动。为了改善膜片弹簧离合器的扭矩减振特性，在离合器从动片与其输出轴之间有一组弹簧，构成了扭转减振器，该减振器在结构上保证离合器具有一定的减振性能。减振器扭矩传递公式为 =C+Kdt (2-2)其中：K为减振器刚度，C为减振器阻尼，为离合器从动片与输出轴转速差。离合器实际传递扭矩T由以下的公式计算 (2-3)式中Z为摩擦副数，一般干式摩擦离合器为Z=2，为接触系数，取为06；q为摩擦副单位面积压力，R、r为摩擦片内外半径，u为摩擦系数，它随离合器主从动部分的转速差而变，其关系式为 u=E+E+E+E (2-4)其中E，E，E，E为常系数。膜片弹簧离合器的q值与膜片弹簧的特性有密切关系，下面讨论膜片弹簧的特性。212膜片弹簧非线性特性1)负荷特性 图2.4是膜片弹簧负荷特性，横坐标是弹簧大端变形X。，纵坐标是负荷F，即。曲线上B点为摩擦片磨损前离合器处于完全接合状态时的工作点，离合器完全分离点为C点。在长时间使用后，摩擦片会发生磨损，离合器完全接合时膜片弹簧的工作点向左移到D点，离合器完全分离点左移缸到E点，整个膜片弹簧工作范围将发生变化。当磨损量增大时工作点移动到A点，膜片弹簧将失效。图2.4 膜片弹簧负荷特性2)静压特性 是指离合器主从动片间的静态压力与分离叉行程之间的关系，它可用下式表示： (2-5)式中：为多项式函数，为膜片弹簧工作位置压紧力。 3)扭矩传递特性 是指离合器传递的扭矩与分离叉行程之间的关系，有： =2u (2-6)式中：u摩擦面的摩擦系数，摩擦片的平均作用半径。将的表达式代入中得到： (2-7)离合器扭矩传递特性如图2.5所示。从图中可以看出，离合器有效作用行程较短，且具有非线性特性。4)离合器磨损后扭矩传递特性 离合器摩擦片磨损后扭矩传递特性会发生改变，摩擦片磨损主要反映在弹簧压缩量的改变，同时膜片弹簧工作位置压紧力也随之改变。离合器磨损后扭矩传递特性如图2.6所示，从图中可以看出：从动片在不同的磨损程度下离合器最大扭矩传递能力不同，离合器分离叉行程不同，离合器开始接合点位置不同。从动片在不同磨损程度下离合器扭矩传递对于开始接合点具有相同规律，这是离合器磨损自适应控制的基础。在使用过程中离合器磨损到一定程度，必须调整离合器分离轴承与分离指间的间隙。图中C-c曲线表示即使离合器踏板完全释放，离合器也不能完全结合。图2.5 离合器扭矩传递特性 图2.6 离合器磨损后扭矩传递特性22 离合器液压操纵机构结构分析液压操纵机构主要由踏板1、主缸2、工作缸7、管路系统和回位弹簧等组成，如图2.7所示。液压操纵机构具有摩擦阻力小、传动效率高、质量小、布置方便、接合柔和、其工作不受车身或车架变形以及发动机振动的影响、便于远距离操纵等优点，因此在各种汽车上的应用日益广泛。图2.7离合器液压式操纵机构工作原理示意图 1踏板 2主缸 3储液室 4分离杠杆 5分离轴承 6分离叉 7工作缸 221离合器主缸 表3.4 电磁阀各工作状态对应离合器工作缸状态 工作状态电磁阀增压状态减压状态保压状态进油阀线圈状态/阀口状态通电/开启断电/常闭断电/常闭回油阀线圈状态/阀口状态断电/常闭通电/开启断电/常闭本设计中电磁阀选用高速电磁阀。高速电磁阀的驱动模块可分为如下三种：调压式、增压式和电容式驱动模块。其中调压式驱动模块按工作方式不同又可分为线性调压驱动和PWM（脉宽调制）调压式驱动两种。线性调压式驱动采用12V车用电瓶电压，对其进行线性调节以得到合理的电磁线圈驱动电流。PWM调压式驱动具有节约能耗、电路结构简单、体积小等优点。在相同工作条件下，PWM驱动模块消耗的能量比线性驱动模块少近1/3，因为当控制阀关闭后，PWM驱动模块可以调节电磁线圈中的维持电流，而线性调压驱动模块却只能提供定常的维持电流。所选用的高速电磁阀是由电磁铁和两位两通开关阀组成，如图3.6。该阀采用衔铁下置的圆盘式电磁铁，而阀本体结构为两位两通式。当电磁铁线圈上电流为零（未激励），电磁吸力为零，此时，由于作用在阀芯上的弹簧预压缩力大于由进口油压力形成的作用于阀芯上的油压作用力，所以阀口关闭，进油口和出油口不通。当电磁铁线圈上电流加大（激励）后，作用于衔铁（阀芯）上的电磁铁吸力亦增大，若此时电磁吸力与油压作用力的合力大于弹簧预压缩力，阀芯即迅速向上运动而阀口开启，使得进油口和出油口相通，控制腔油压力亦由进油口压力开始下降。当保持电磁铁线圈上电流为合适值时，电磁铁吸力为最大值，衔铁（阀芯）则处于最大的吸合位置，此时阀口为最大开度，而弹簧作用力也为最大。若这时迅速切断电磁铁线圈上电流，则电磁铁吸力为零，在弹簧作用下，衔铁（阀芯）即迅速向下运动而使阀口关闭，此时，进油口与出油口不通，控制腔油压力又等于进油口压力，阀又恢复到初始状态，当电磁铁线圈上的电流按上述规律变化时，就实现了电磁阀的高速通断功能。 图3.6 进油（回油）电磁阀34 执行器测试离合器执行器是能否实现离合器分离接合动作的关键，同时又是离合器控制的直接控制目标，执行器的好坏直接影响着离合器结合和分离的效果。离合器执行机构的测试目的就是验证该机构能否实现离合器的分离接合动作，并且了解该机构的基本特性，为控制算法的编写和控制策略的制定提供依据和参考。测试内容包括：离合器执行器的功能测试，能否实现离合器简单的分离和接合。离合器执行器的性能测试，包括液压泵性能的测试，执行器响应特性，执行器工作时的各部件运行参数的变化等。35 驱动电路图3.7 控制模式选择信号电路图 图3.8 踏板位置传感器电路图 图3.9 分离叉位置传感器电路图 图3.10 输出驱动电路图36本章小结本章根据要实现的功能进行了硬件系统的选择，同时对选择的硬件从经济、硬件来源等方面分析其结构功能、选择理由。首先对STC单片机功能进行研究，掌握了基本控制功能，为后续软件程序的编制做好准备；其次是对传感器的选择，考虑到踏板位移和分离叉位移数据采集的特殊性，选用了角位移形式的传感器，便于控制算法的运用，从而有利于控制程序的编写；还有就是对执行器的选择和设计，从空间尺寸、结构功能等多方面进行考虑，最终完成了控制系统的硬件设计，对软件控制程序的编写提供了方向。第4章 液压操纵式离合器线控系统软件的设计本章在液压操纵式离合器线控系统硬件系统研制基础上，对线控系统软件进行了合理的设计与开发。期间，本课题主要采用了Keil uVision3软件，编制线控系统的控制程序。41主程序流程主程序首先要通过上电初始化为单片机建立一个运行环境，这包括时钟、内存、输入输出端口、中断向量、液压执行元件等方面的初始化。之后进行是否选择线控模式控制的判断，若进行线控模式控制，则启动液压泵，电磁开关阀通电。这时通过对踏板位移与分离叉位移大小的比较，采用PID控制算法，利用PWM对进油阀和回油阀占空比的控制，实现离合器工作缸活塞位置的精确控制。实现最后再次进行模式控制的选择，进入控制循环。主程序的流程图如4.1所示。上电单片机复位初始化单片机回油阀通电，开关阀、进油阀、液压泵断电线控模式？否是启动液压泵开关阀通电踏板位移与分离叉位移差 回油阀PWM增加，进油阀断电，快接合；回油阀PWM减小，进油阀断电，慢接合进油阀PWM增加，回油阀断电，快分离；进油阀PWM减小，回油阀断电，慢分离小于0 等于0进油阀和回油阀均断电离合器工作缸处于保压状态线控模式吗？是 否图4.1主程序流程图42初始化流程在上电后，系统为了保证正常运行，需要在离合器工作前进行初始化操作。该操作括两部分： (1) 系统初始化：包括时钟初始化、内存初始化、中断初始化、I/O口设置、全局变量初始化、通信波特率设置、信号采集设置等； (2)液压执行元件初始化：接通回油阀和开关阀，切断进油阀和液压泵电源。两部分之间依照以上次序依次进行，当进入控制循环后，初始化程序即不再被执行，除非关闭电源。43控制算法本设计采用模拟PID控制原理。常规的模拟PID控制系统原理框图如图4.2所示，该系统由模拟PID控制器和被控对象组成。图中，是给定值，是系统的实际输出值，给定值与实际输出值构成的控制偏差= （41）作为PID控制器的输入，作为PID控制器的输出和被控对象的输入。所以模拟PID控制器的控制规律为 （42）式中比例系数；积分常数；微分常数；控制常量。比例积分微分被控对象 + + + - +图4.2 模拟PID控制系统原理图本设计中踏板位置信号相当于，分离叉位置信号相当于，则-即为。由式（42）可见，只有当偏差存在时，第一项才有控制量输出。1）在PID控制系统中，被控对象的状态与设定值的误差很小，甚至可以忽略不计。2）在PID控制系统中，执行机构是一直工作的，且工作强度是可以调节的，即可以从停止工作状态调整到满负荷运行状态，执行机构接收到的控制信号是一个准模型信号。3）在PID控制系统中，执行机构的作用力总是极力平衡外界对被控对象的作用力，从而使得被控对象的状态能够稳定在设定值上。PID控制系统输出的控制信号必须根据控制对象的状态及时进行调整，以便维持控制对象状态的稳定，为此，必须及时掌握控制对象的状态信息。在PID控制系统的每个采样周期中，通过传感器采集到的当前状态信息组成了一个数据系列：从这些采集数据系列中至少可以挖掘出3中信息： （1）当前的控制效果：当前的采样数据与设定值进行比较，比较的结果就是当前的控制误差，当前的控制误差的大小和极性反映了当前的控制效果：式中，Set是设定值；是第k次采样得到的采样值；是第k磁材央视的控制误差。第k次采样时的控制效果可以控制误差来表示；当小于Set时，控制误差为正，说明控制对象的状态还没有达到设定值。当大于Set时，控制误差为负，说明控制对象的状态已经超过了设定值。 （2）投入运行以来控制效果的总体评估：在每次采样后，都进行误差计算，就可以得到一个误差数据系列：误差数据系列反应了控制系统控制效果的历史数据。系统投入运行以来控制效果的总体评估可以用个误差数据系列的总和来表示，即：从累计误差的计算方法可以看出，这里实际上采用了数值积分算法，故累计误差也就是误差的积分值。由于控制误差有正有负，误差积分的结果使用也可能为正，也可能为负。当为正时，说明到目前为止控制对象的状态总体上低于设定值，或者说大多数情况下低于设定值。当为负时，说明到目前为止控制对象的状态总体上超过设定值，或者说大多数情况下超过设定值。（3） 下一时刻的变化趋势，由于控制对象和外部作用均有一定的惯性，状态变化也有一定的惯性，即控制对象的状态不能突变，某个时刻的变化趋势将在很大程度上被延续到下一个时刻。故下一时刻的变化趋势可以从误差的变化趋势中看出来：从式中可以看出，变化趋势就是误差的数值微分。当为正时，说明误差有增加的趋势。当为负时，说明误差有减小的趋势。PID控制算法正是利用上面这3种信息来计算输出控制信号的大小。 （1）比例控制（P）：根据当前的误差信息来计算输出控制信号的大小，误差越大，输出的控制信号也越大：式中，KP称为比例常数，KP的数值越大，控制系统的灵敏度越高，对误差的反应越强烈，是控制对象能够较快达到设定值，但也容易使系统不稳定，反应过度。当控制对象的状态达到设定值时，误差消失，比例控制运算结果为零，失去控制能力。因此，比例控制只有在误差存在的情况下才有效，不能实现误差为零的控制效果。（2） 积分控制（I）：根据当前的误差积分信息来计算输出控制信号的大小，误差积分越大，输出的控制信号也越大。式中，KI称为积分常数。在误差不为零的控制调节阶段，积分控制可以协调比例控制，加强控制效果。在控制对象的状态被稳定在设定值上之后，误差为零，这是比例控制已经失效，但误差的积分值维持不变，凭借这点“历时本钱”，积分控制仍然可以产生一个稳定的输出控制信号，维持误差为零的控制效果，这就是积分控制的最大优势。（3）微分控制（D）：根据当前的误差微分信息来计算输出控制信号的大小，误差微分越大，输出的控制信号也越大：式中，KD称为微分常数、误差的微分值越大，预示着控制对象的状态将产生激烈变化。微分控制产生的控制输出就专门用来对抗这种激烈变化，产生超前的控制作用，有打“预防针”的功效。以上3种控制算法各有其特色，将它们综合起来就是PID控制算法：44小 结本章从第二章中介绍的离合器膜片弹簧负荷特性、静压特性、扭矩传递特性、离合器磨损后扭矩传递特性出发，编写了相应的软件流程图和程序，在每个控制周期开始时，读取状态寄存器中的液压执行元件状态，如果当前没有进入线控模式，则进行控制模式判断；如果当前已经进入线控模式，则读取计算得到的关键控制量，结合当前状态，利用模拟PID控制原理对两个传感器位置信号进行处理，实现PWM对占空比控制，得到控制结果：保持压力、增加压力、减少压力三者必有一。最后，更新系统的状态寄存器，退出该周期循环，准备进入下一个周期的状态。结 论 本文对汽车液压操纵式离合器电子线控系统设计做了深入的研究，得到了以下的一些结论： 1) 线控系统用PID控制原理，通过PWM控制高速开关阀占空比方法，对离合器工作缸的位置和方向进行控制，是广泛采用的控制策略，具有很好的实时性与可靠性，这对于离合器起步过程中操纵系统来说是非常合适的。 2) 本文分析了控制系统的硬件结构及性能要求，选用高性能单片机作为核心设计了中央控制器(ECU)，自行开发了软件、硬件系统，基本满足了系统需求。3) 从整体上，本文所做的各项研究为液压操纵式离合器线控系统提供了一套较为完整的设计思想，从而为现代汽车离合器操纵系统的研究、设计和升级换代提供了新的思路。参考文献1林世裕膜片弹簧离合器的设计制造M东南大学出版社，1995：220-2302房法成汽车离合器扭振减振器的工作特性J吉林工业大学学报，1995，25(4)：91953 陈家瑞.汽车构造（下册）M(第2版).北京:机械工业出版社,2005.1：32-394齐晓杰.汽车液压、液力与气压传动M(第二版).北京:化学工业出版社,2007.9.5李涵武,赵雨旸.汽车电器与电子技术M(修订版).哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2006.7. 6 陶润，张红，付德春等.ABS液压系统仿真与电磁阀优化J. 农业工程报，2010，26（3）：135-139.7范翔.车用ABS电磁阀测试系统的研究D.浙江:浙江大学机械工程学系,2010 8于亚杰.基于仿真技术的液压自动离合器控制策略研究D.长春:吉林大学,2003.9郭永利.汽车电控自动离合器的离合器操纵机构P.中国:2004 2 001853.6,2005.3.23.10谢先平.汽车自动离合器接合过程控制策略研究D.哈尔滨:哈尔滨理工大学,2008.11高建臣，李维军，武平东等.PWM高速开关阀控液压缸位置控制系统的模糊控制J. 兵工自动化，1996，1.12王晓明.电动机的单片机控制M(第3版).北京:北京航空航天大学出版社,2011.13 朱帆. 汽车自动离合器控制系统的原理与检修 J. 汽车电器, 2008, (2) _6 . 14 谢先平,王旭东,张训等. 电控自动离合器接合位置精确跟踪控制 J. 电力电子技术, 2008, 42 (10) _315刘海鸥,陈慧岩,金亚英等.液压式离合器操纵机构在AMT车辆中的控制研究J.液压与气动,2005,10.16 米世生. 自动离合器起步接合速度模糊控制研究 J. 机电技术, 2010, 33 (4) _3 . 17 徐旭. 自动离合器执行机构的设计与开发 D. 2006. 18 陈俐,张建武,习纲等. 自动离合器的自适应最优控制 J. 上海交通大学学报, 2000, 34 (10) _5 . 19 赵永胜,刘志峰,杨文通等. 汽车自动离合器的动态滑模控制 J. 汽车工程, 2009, 31 (6) _4 . 20 许男,崔胜民. 基于模糊技术的自动离合器起步控制研究 J. 机械设计与制造, 2010, (3) _3 .21姚永平.STC12C5410AD系列单片机器件手册EB/OL.www.STCMCU.com,2011/3/19.22郭旭.基于虚拟仪器技术的ABS液压力调节器测试系统的开发D.重庆:重庆大学,2006.23Sun Chengshun,Zhang Jianwu. OPTIMAL CONTROL APPLIED IN AUTOMATIC CLUTCH ENGAGEMENTS OF VEHICLES J. 机械工程学报(英文版), 2004, 17 (2) _4 . 24 LIU Hai-ou,CHEN Hui-yan,DING Hua-rong等. Adaptive Clutch Engaging Process Control for Automatic Mechanical Transmission J. 北京理工大学学报（英文版）, 2005, 14 (2) _5 .25 TANG Xia-qing,HOU Chao-zhen,CHEN Yun-chuang等. Study of Controlling Cluth Engagement for AMT Based on Fuzzy Logic J. 北京理工大学学报（英文版）, 2002, 11 (1).致 谢转眼间四年的大学生活即将结束，在老师和同学们的帮助和鼓励下，我顺利地完成了本次毕业设计，在此向大家表示诚挚的谢意。本设计工作是在崔宏耀老师的悉心指导下完成的。老师具有很强的控制设计能力，在相关领域有着丰富的经验，在设计思想、软硬件设计、算法设计、程序编制等多方面给了我具